双层均布荷载作用腹板开孔混凝土简支箱梁模型试验研究分析

发布时间：2019-09-29 20:35

【摘要】：为实现城市双层交通,以1∶6比例设计了腹板开孔混凝土箱梁,对其在双层均布荷载作用弹性工作状态下的受力性能进行了试验研究。基于试验结果建立有限元模型对其进行分析,在理论值与试验值吻合的基础上,讨论了开孔与否对试验梁弹性阶段受力性能的影响。研究表明:均布荷载作用在双层箱梁底板其实测跨中挠度比相同荷载作用于顶板时增大9.7%,底板加载对腹板开孔混凝土简支箱梁的挠度有较大影响;较不开孔箱梁而言,各工况作用时开孔箱梁跨中挠度增大22.9%~28.1%,且开孔梁在各工况作用下截面剪力滞系数增大,最大增大量值达62.0%。因此,腹板开孔对承受双层荷载钢筋混凝土简支箱梁抗弯受力性能有较大影响。
【图文】：

平面图,箱梁,试验模型,截面尺寸

∶６缩尺模型。模型箱梁混凝土强度等级为Ｃ５０，采用ＨＰＢ２３５和ＨＲＢ３３５钢筋。试验模型考虑因底板通车取消了箱梁内部常规设置的横隔板，在模型支座截面、１／４跨及跨中设置了环向加劲肋；考虑采光、通风及消防安全需求，在腹板开设了矩形孔。试验模型箱梁实物及平面图如图１所示。为测试模型箱梁在双层均布荷载作用下关键截面变形和应变分布规律，分别在１／８跨、１／４跨、３／８跨和跨中截面布置混凝土应变片；在支座截面及跨内八分点截面安装百分表，具体布置如图２所示。图１试验模型箱梁实物及平面图图２箱梁试验模型截面尺寸及测点布置（单位：ｍｍ）１．２加载方案采用均布荷载模拟桥梁的汽车及列车活荷载，本试验采用砂袋和砝码堆载实现均布荷载加载。以箱梁跨中弯矩等效为原则，按设计荷载等级计算其正常使用极限状态效应组合下等效均布荷载ｑ１＝１６．９１ｋＮ／ｍ，承载能力极限状态作用效应组合下ｑ２＝３５．９８ｋＮ／ｍ，开裂时对应的均布荷载ｑ３＝２６．８１ｋＮ／ｍ，加载最大均布荷载ｑ＝１８．８４ｋＮ／ｍ＝１１１％ｑ１＝５２％ｑ２＝７０％ｑ３。由于仅针对双层均布荷载作用腹板开孔混凝土简支箱梁在弹性范围内受力性能进行试验研究，综合考虑试验目的，并保证箱梁不开裂，兼顾箱梁顶板、底板加载的可操作性和安全性，加载荷载设置如下：１）分３种工况加载，其中工况１和工况２仅分别在箱梁顶板和底板加载，工况３０土木建筑与环境工程第３６卷

实物,工况,加载

３在箱梁顶板和底板同时加载。工况３加载装实物如图３所示。２）各工况均分４级加载，不同工况的同一级荷载大小一致。具体加载制度如表１所示。图３工况３实物图表１加载制度工况加载位置荷载等级／（ｋＮ·ｍ－１）工况１顶板６．０４１２．０８１７．３４１８．８４工况２底板６．０４１２．０８１７．３４１８．８４工况３顶板３．９２７．８４１０．９８１１．９６底板２．１２４．２４６．３６６．８８合计６．０４１２．０８１７．３４１８．８４说明：工况１在箱梁顶板加载；工况２在底板加载；工况３在箱梁顶板和底板同时加载；“合计”为工况３加载时顶、底板荷载集度之和。１．２测试方法试验主要对模型关键截面的挠度和应变进行测试。考虑到结构受力处于弹性范围内，相同试验进行多次，同时利用截面的对称性，取其平均值作为最终的试验结果。据试验结果建立三维有限元模型，与实测数据进行对比分析。２试验结果与分析为节省篇幅，此处将实测结果与有限元结果进行同步阐述。采用ＡＮＳＹＳ对试验梁建立三维有限元模型，钢筋和混凝土分别采用ｌｉｎｋ８和ｓｏｌｉｄ６５单元模拟，，边界条件和加载制度与试验一致，材料力学性能采用试验实测值。基于材性试验，得到各材料加载时刻的特性如下：混凝土标准立方体抗压强度ｆｃｕ０＝５８．１ＭＰａ，轴心抗压强度ｆｃ０＝４８．８ＭＰａ，弹性模量Ｅｃ０＝４．６１×１０４ＭＰａ。普通钢筋Ｒ２３５的屈服强度ｆｙ０－Ｒ２３５＝３１８ＭＰａ，弹性模量ＥＳ０－Ｒ２３５＝２．０３×１０５ＭＰａ；ＨＲＢ３３５的屈服强
【作者单位】：湖南科技大学土木工程学院;
【基金】：国家自然科学基金(51378202)
【分类号】：U441;U446

【参考文献】